김주훈 교수

에너지 및 환경 분야에서는 전기활성 표면의 기능을 정밀하게 제어하고 시각화하려는 수요가 증가하고 있습니다. 이러한 요구에 대응하기 위해 전기화학발광(ECL) 및 형광 수명 이미징(FLIM) 기법을 활용하여 전기화학 반응을 시각화하는 연구를 수행하고 있으며, 분광전기화학 현미경을 통해 전극 표면에서 일어나는 반응을 실시간으로 관찰합니다. 특히 금 나노클러스터 기반 ECL 시스템을 통해 낮은 검출 한계와 높은 재현성을 확보하여 환경 오염물질 및 생체 분자의 정량 분석에 활용될 수 있는 기반 기술을 구축했습니다. 이 기술은 환경 및 생화학 분석용 고감도 센서와 산소 검출 센서 개발에 적용되고 있습니다. 2025년 Chemical Engineering Journal(예측 IF 13.2)에 헤마타이트 전극 관련 연구를 게재했으며, '산소 검출 방법 및 산소 센서 장치'(등록번호 1027715950000)와 '전기화학발광 금 나노클러스터 수용액 및 그 제조방법'(등록번호 1020912210000) 특허를 등록했습니다.

나노 촉매 개발에서는 입자 크기를 정밀하게 제어하고 안정성을 확보하는 것이 핵심적인 기술적 난제로 남아 있습니다. 이를 해결하기 위해 덴드리머 내부의 미세 공간을 주형으로 활용하여 금속 나노입자를 캡슐화하고 원자 수를 정밀하게 제어하는 합성법을 개발했으며, 화학적 환원반응과 갈바닉 교환반응을 반복적으로 적용하여 비대화된 덴드리머-캡슐화 백금 나노입자를 합성하는 방법을 확립했습니다. 이 촉매는 고효율 수소 생성반응(HER)용 촉매로 적용되고 있습니다. 관련 기술은 '덴드리머-캡슐화 백금 나노입자 및 그 제조방법'(등록번호 1020805110000, 출원번호 1020180009896) 특허로 등록되었으며, 현재 기술이전을 통한 사업화를 추진하고 있습니다. 특허 등록과 기술이전 추진 현황을 근거로 본 기술은 TRL 6단계 수준으로 추정됩니다.

차세대 에너지 시스템 구축을 위해서는 수소 에너지의 저장 및 방출 효율을 극대화하는 촉매 기술 확보가 필수적입니다. 이를 위해 덴드리머-캡슐화 기법을 기반으로 백금 및 팔라듐(Pd) 합금 나노입자를 합성하는 연구를 수행하고 있으며, 합금 조성과 입자 크기를 조절하여 수소 저장 및 방출 반응의 효율을 높이는 방향으로 촉매를 설계하고 있습니다. 합금 나노입자 합성 과정에서는 백금과 팔라듐의 조성비를 조절하여 수소 흡착 및 탈착 특성을 최적화하는 방법을 적용하고 있습니다. 이 기술은 수소 생성 및 에너지 저장 장치에 적용되며, 특히 정치형 수소저장을 위한 고효율 수소 방출용 단일금속 및 다종금속 촉매 개발에 활용되고 있습니다. KIST 위탁 과제를 통해 액상유기수소운반체 적용 촉매 시스템 및 정치형 수소저장 촉매 개발을 공동으로 추진하고 있습니다.